【手続補正書】
【提出日】平成18年3月14日(2006.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】風力発電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機３、風向きに追従するヨー装置６、支柱７、１７、ロータリージョイント１４、負荷装置１２、よじれ戻しするケーブル１３、１５を備え、該ケーブル１３、１５の合計のいずれかでよじれ戻しする柔軟部を有しかつ該ケーブルおよびロータリージョイントが結合することを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風力発電装置などの風向追従を容易にした電力輸送経路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水平軸風車型風力発電機で発電した電力を輸送する経路において、スリップリングとブラシより構成されるスリップリング装置を用いて風向に追従して水平面内に回転する風力発電機に対して電力輸送ケーブルがよじれないようにした機構は知られている。スリップリングと言うだけでスリップリングとブラシで構成した装置全体を意味する言葉として用いられている場合が多いが、本明細書ではより明確な表現をするためスリップリングとブラシより構成された組立体をロータリージョイントと称する。
【０００３】
図６に示すのは従来のアップウインド型水平軸風車型風力発電機の部分断面斜視図である。ヨー装置とスリップリング装置部を解説するために、特にこの部分のみ強調して図解している。支柱６３に支えられたアップウインド型水平軸風車型風力発電機は風向に追従して水平面内に自在に回動するヨー装置６１を設けている。風向に正対した風車羽根５１の回転により、軸５２を通じて発電機５３が回転する。発電した電力はケーブル５７、５７によりブラシ押えばね５８、５８により押し付けられたブラシ５４、５４に伝えられ、スリップリング６５、６５に流れる。スリップリング６５、６５にはケーブル６４、６４がつながれている。このとき風向が変化すると尾翼５６の働きで、常に風車羽根５１は風に対して直角になろうとして、軸受け５９、５９によりヨーシャフト６０を中心に回転する。セットボルト６２はヨーシャフト６０と支柱６３を固定するものである。なお、ヨーシャフト６０とスリップリング６５、６５は電気的な絶縁体を介して一体に固定されている。
【０００４】
発電した電力を導線（以下ケーブルという）で風力発電機を支える支柱の下部へと送電する経路に、上記ヨー装置を通過させなければならない。簡単な風力発電装置はケーブルをヨー装置の回転中心部を通すだけで特別なスリップリング装置を設けない。風向がほとんど変化しない平野などではケーブルはよじれない。また、風力発電機ユニットが同じ方向へばかり回転するわけでもないので、ケーブルのよじれが戻されることもしばしばある。この場合はスリップリング装置は特に必要でない。しかし、山間部や建物が多い住宅地では地形や樹木、建造物の影響を受け、風向は頻繁に変化する。支柱が十分に長く、風向変化がランダムに発生する地方ではケーブルのよじれの許容範囲であれば、ある程度の時間はスリップリング装置なしで対応できる。一般的な水平軸型風力発電機は、どのような場所で使われてもよいようにヨー装置の中にスリップリング装置を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスリップリング装置は前述の例のようにヨー装置の付近に設けられているので、風向が変化する度に時々刻々スリップリングとブラシは摺動することになる。また、ブラシの摩擦抵抗のため、微風での風向追従性を損ねている。スリップリングとブラシは摺動によって摩耗するため、摩耗代を見越してある程度の大きさに設計され、大きなスペースを必要とする。ハウジングも含め重量も大きくなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題に対して本発明風力発電装置は、発電機３、風向きに追従するヨー装置６、支柱７、１７、ロータリージョイント１４、負荷装置１２、よじれ戻しするケーブル１３、１５を備え、該ケーブル１３，１５の合計のいずれかでよじれ戻しする柔軟部を有しかつ該ケーブルおよびロータリージョイントが結合するごとくに構成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例にもとずき図面を参照して説明する。図１は本発明の１実施例を示す全体図である。
【０００８】
図１において風車羽根１、発電機３および尾翼４を備え、風向きに追従するヨー装置６を設け、垂直の支柱に取り付けるアップウインド型水平軸風車型風力発電機を示す。支柱７まわりを詳しく述べると、図１に示すように、風力発電機全体は支柱７およびジョイント１６および支柱１７によって支えられ、支柱７は分配金具８によって少なくとも３本の支線１０、１０によってて地上１９にアンカーボルト１１、１１などで垂直に固定されている。支柱７はジョイント１６によって下部支柱１７と連結されている。なお、固定金具９は分配金具８を支柱７に固定するためのものである。また、下部支柱１７の下端は図のように先の尖った物で構成し、凹形のくぼみを設けた支持板１８で地上１９に固定する。風力発電機全体は、ほぼ水平に保たれている。また、風車回転軸２と発電機３の間に増速機を入れる場合も同様の作用をする。
【０００９】
発電機３で発電した電力はケーブル１５で支柱７の内部を通り、ロータリージョイント１４につながれ、下部ケーブル１３を通じて負荷装置１２に結線されている。ロータリージョイント１４はスリップリング装置の一種であるが、図１の１実施例は一般的なスリップリング装置と違い堅固な構造物に固定しなくてもよい。図１のケーブル１３も実はよじれるので、このような名称とした。ケーブル１５とケーブル１３の長さの配分は制限しない。ケーブル１５とケーブル１３のよじれの合計が柔軟にロータリージョイント１４の不必要な回転を制限してくれるのである。
【００１０】
図２は図１の主要部分を説明するための拡大断面斜視図である。図３はロータリージョイントの拡大断面斜視図である。図４は更に理解を助けるため、ロータリージョイントの断面図を示した。図５は図４のＡ−Ａに沿った断面図である。
【００１１】
図２によって詳細な説明をする。支柱７に支えられたアップウインド型水平軸風車型風力発電機は風向に追従して水平面内に自在に回動する軸受２２、２２およびヨーシャフト２３より成るヨー装置６を設けている。風向に正対した風車羽根１の回転により、軸２を通じて発電機３が回転する。発電した電力はケーブル１５により支柱７の内径に導かれる。ケーブル１５は支持金具２０に固定された支持棒５に結束帯２１によってヨー装置６の上部で固定されている。ヨーシャフト２３はセットボルト２４により支柱７に固定されている。風向が変化すると尾翼４の働きで、常に風車羽根１は風に対して直角になろうとして、軸受け２２、２２によりヨーシャフト２３を中心に回転する。この回転はケーブル１５に伝わるが、すぐには下部に配置した図１に示すロータリージョイント１４を相対回転させる力にはならない。
【００１２】
ロータリージョイントの詳細を図３、図４およびず図５に示す。ケーブル１５、１５はりん青銅などで作られた小さなブラシ２６、２６に半田付けなどで電気的ならびに機械的に結線される。ブラシ２７、２７は電気絶縁性のあるハウジング３３にカシメなどで固定されている。軸２８にはスリップリング３４、３１が圧入ではめ込まれている。軸２８のスラスト荷重を受けるためスラスト座金２７、２９、２９が配置されている。上部カバー３５および下部カバー３０はハウジング３３にはめ込まれ最後に熱収縮チューブ３２などで固定されている。ケーブル１５、１５とカバー３５はシーリング剤で固定され防水されている。３６はケーブル１５、１５の抜け止めである。スリップリング３４は導線２５と電気的に結合されている。作動の説明をする前にこの装置で利用するケーブルの特性を説明する。ケーブルがよじれてないときは、ケーブルに回転トルクは発生しない。ケーブルのよじれにほぼ比例してよじれを戻そうとするトルクが発生する。ケーブル１５、１５のよじれがスリップリング３４、３１とブラシ２６、２６の起動トルクに達するまではロータリージョイント１４は作動しない。右方向、左方向と頻繁に風向が変化しても、その度にスリップリング３４、３１とブラシ２６、２６とは摺動しなくて、ケーブル１５、１５、１３、１３がある程度よじれてブラシ２６、２６とスリップリング３４、３１の起動トルク以上になってから回転を始める。ケーブル１５、１５、１３、１３のよじれが戻されトルクが回転中の動トルク以下に「より」が戻るまでスリップリング３４、３１とブラシ２６、２６が相対回転作動する。
【００１３】
さらに、図１について詳しい実施例をのべるとスリップリング装置を風力発電機ヨー装置から離れた下部にある負荷装置との中間下部に装着する方がより合理的である。スリップリングの保守点検のため、風力発電機の位置まで近づく必要がなく下部で実施できるので、危険を伴わない。また手間がかからない。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による風力発電装置は、発電機３、風向きに追従するヨー装置６、支柱７、１７、ロータリージョイント１４、負荷装置１２、よじれ戻しするケーブル１３、１５を備え、該ケーブル１３，１５の合計のいずれかでよじれ戻しする柔軟部を有しかつ該ケーブルおよびロータリージョイントが結合するごとくに構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１５】
風向に追随してヨー装置が作動した時、ケーブルの柔軟性によりロータリージョイントは直ぐに作動しなくて、片方向に該ケーブルのよじれがたまるとロータリージョイントが作動する。そのためロータリージョイントの頻繁な作動による摩耗を防ぎ寿命が長くなる効果を奏する。
【００１６】
摩耗代が少なく見積れるので、小型化が出来る。実際試作したスリップリング装置も電流７Ａの容量で重さ２０グラムにまとめられた。大きさも直径φ２０ｍｍ×長さ４０ｍｍでケーブルの途中に容易に配置することができる。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】水平軸風車型風力発電機を備えた風力発電装置に本発明を適用した実施例を示す側面図である。
【図２】図１の水平軸風車型風力発電機の主要部の説明をするための拡大部分断面図である。
【図３】図１のロータリージョイントの拡大断面斜視図である。
【図４】ロータリージョイントの断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａに沿った断面図である。  
【図６】従来の水平軸風車型風力発電機のスリップリング装置を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
１、５１  風車羽根
２、５２  風車回転軸
３、５３  発電機
４、５６  尾翼
５  支持棒
６  ヨー装置
７、１７、６３  支柱
８  分配金具   
１０  支線
１１  アンカーボルト
１２  負荷装置
１３、１５  よじれ戻しするケーブル
１４  ロータリージョイント
２０  支持金具
２２、５９  軸受
２６、５４  ブラシ
３１、３４、６５  スリップリング
５８  ブラシ押えばね
６４  ケーブル
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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